การก่อตัวของพันธะไฮโดรเจน

พันธะไฮโดรเจนเกิดขึ้นเมื่อปลายด้านบวกของโมเลกุลหนึ่งถูกดึงดูดไปยังปลายด้านลบของอีกโมเลกุลหนึ่ง แนวความคิดนี้คล้ายกับแรงดึงดูดแม่เหล็กที่ขั้วตรงข้ามดึงดูด ไฮโดรเจนมีโปรตอนหนึ่งตัวและอิเล็กตรอนหนึ่งตัว ทำให้ไฮโดรเจนเป็นอะตอมที่เป็นบวกทางไฟฟ้าเนื่องจากมีอิเลคตรอนไม่เพียงพอ มันพยายามที่จะเพิ่มอิเล็กตรอนอีกตัวหนึ่งเข้าไปในเปลือกพลังงานเพื่อทำให้เสถียร

คำศัพท์สองคำมีความสำคัญในการทำความเข้าใจว่าพันธะไฮโดรเจนก่อตัวอย่างไร: อิเล็กโตรเนกาติวีตี้และไดโพล อิเล็กโตรเนกาติวีตี้เป็นตัววัดแนวโน้มของอะตอมที่จะดึงดูดอิเล็กตรอนมาสร้างพันธะ ไดโพลคือการแยกประจุบวกและประจุลบในโมเลกุล ปฏิกิริยาไดโพลกับไดโพลเป็นแรงดึงดูดระหว่างปลายขั้วบวกของโมเลกุลขั้วหนึ่งกับปลายขั้วลบของโมเลกุลขั้วอื่น

โดยทั่วไปแล้วไฮโดรเจนจะดึงดูดองค์ประกอบอิเล็กโตรเนกาทีฟมากกว่าตัวมันเอง เช่น ฟลูออรีน คาร์บอน ไนโตรเจน หรือออกซิเจน ไดโพลก่อตัวเป็นโมเลกุลเมื่อไฮโดรเจนยังคงจุดสิ้นสุดของประจุที่เป็นบวกมากขึ้นในขณะที่ อิเล็กตรอนจะถูกดึงเข้าหาองค์ประกอบอิเล็กโตรเนกาทีฟซึ่งจะมีประจุลบมากกว่า เข้มข้น

พันธะไฮโดรเจนนั้นอ่อนแอกว่าพันธะโควาเลนต์หรือไอออนิกเนื่องจากพวกมันก่อตัวและแตกตัวได้ง่ายภายใต้สภาวะทางชีวภาพ โมเลกุลที่มีพันธะโควาเลนต์แบบไม่มีขั้วจะไม่เกิดพันธะไฮโดรเจน แต่สารประกอบใดๆ ที่มีพันธะโควาเลนต์แบบมีขั้วสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้

การก่อตัวของพันธะไฮโดรเจนมีความสำคัญในระบบทางชีววิทยา เนื่องจากพันธะทำให้เสถียรและกำหนดโครงสร้างและรูปร่างของโมเลกุลขนาดใหญ่ เช่น กรดนิวคลีอิกและโปรตีน พันธะประเภทนี้เกิดขึ้นในโครงสร้างทางชีววิทยา เช่น DNA และ RNA พันธะนี้มีความสำคัญมากในน้ำเพราะเป็นแรงที่มีอยู่ระหว่างโมเลกุลของน้ำเพื่อยึดเข้าด้วยกัน

ทั้งในรูปของเหลวและน้ำแข็ง การก่อตัวของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำทำให้เกิดแรงดึงดูดในการยึดมวลโมเลกุลไว้ด้วยกัน พันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลมีหน้าที่ทำให้น้ำมีจุดเดือดสูง เนื่องจากจะเพิ่มปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการทำลายพันธะก่อนที่จะเริ่มเดือด พันธะไฮโดรเจนบังคับให้โมเลกุลของน้ำก่อตัวเป็นผลึกเมื่อแข็งตัว เนื่องจากปลายขั้วบวกและขั้วลบของโมเลกุลน้ำต้องปรับทิศทางตัวเองในอาร์เรย์ที่ช่วยให้ปลายขั้วบวกดึงดูด ปลายด้านลบของโมเลกุล โครงตาข่าย หรือโครงของผลึกน้ำแข็งไม่เกาะติดกันแน่นเหมือนในรูปของเหลว และทำให้น้ำแข็งลอยได้ น้ำ.

โครงสร้างสามมิติของโปรตีนมีความสำคัญมากในปฏิกิริยาทางชีวภาพ เช่น ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ โดยที่รูปร่างของโปรตีนตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไปจะต้องพอดีกับช่องเปิดของเอ็นไซม์มากเท่ากับตัวล็อคและกุญแจ กลไก. พันธะไฮโดรเจนช่วยให้โปรตีนเหล่านี้โค้งงอ พับ และพอดีกับรูปร่างต่างๆ ตามความจำเป็น ซึ่งจะกำหนดกิจกรรมทางชีวภาพของโปรตีน สิ่งนี้สำคัญมากใน DNA เนื่องจากการก่อตัวของพันธะไฮโดรเจนทำให้โมเลกุลสามารถก่อตัวเป็นเกลียวคู่ได้